來(lái)自ARC開(kāi)創(chuàng)性光學(xué)技術(shù)研究中心（TMOS）的研究人員在推出夜視技術(shù)新方法的征程中取得了重大進(jìn)展，他們制造出了一種比保鮮膜還薄的紅外濾光片，有朝一日可以將其安裝在日常眼鏡上，讓用戶同時(shí)觀看紅外和可見(jiàn)光光譜。

夜視儀主要用于軍隊(duì)、愿意隨身攜帶多功能望遠(yuǎn)鏡的狩獵愛(ài)好者或樂(lè)于攜帶沉重鏡片的攝影師。這是由于技術(shù)的重量和體積所致。一般人不會(huì)在夜間跑步時(shí)在額頭上再綁上一公斤的東西。

因此，夜視儀的微型化可能會(huì)帶來(lái)廣泛的應(yīng)用。制造出重量不到一克的夜視濾光片，并能像薄膜一樣覆蓋在一副傳統(tǒng)眼鏡上，這開(kāi)辟了新的日常應(yīng)用領(lǐng)域。

能讓用戶同時(shí)看到可見(jiàn)光和紅外光譜的消費(fèi)級(jí)夜視眼鏡，能讓用戶在黑暗中更安全地駕駛，在夜間更安全地行走，并減少在弱光條件下工作的麻煩，而目前在弱光條件下工作需要使用笨重且經(jīng)常不舒服的頭燈。

在發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）的研究中，來(lái)自澳大利亞國(guó)立大學(xué)的 TMOS 研究人員展示了使用非局部鈮酸鋰超表面的增強(qiáng)型紅外視覺(jué)非線性上轉(zhuǎn)換技術(shù)。

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傳統(tǒng)的夜視技術(shù)，特別是圖像增強(qiáng)器，需要紅外光子通過(guò)透鏡，遇到光電陰極將光子轉(zhuǎn)化為電子，然后通過(guò)微通道板以增加產(chǎn)生的電子數(shù)量。這些電子穿過(guò)熒光屏，重新轉(zhuǎn)化為光子，生成肉眼可見(jiàn)的增強(qiáng)可見(jiàn)圖像。

熱成像系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)更長(zhǎng)，通常需要低溫冷卻以防止熱噪聲，而夜視儀使用的圖像增強(qiáng)器則不同，一般不需要這種冷卻。然而，像上述這種高質(zhì)量的夜視系統(tǒng)既笨重又龐大。此外，這些系統(tǒng)通常會(huì)阻擋可見(jiàn)光。

基于超表面的上轉(zhuǎn)換技術(shù)需要的元件更少，大大減少了占地面積。光子穿過(guò)一個(gè)共振超表面，在那里與泵浦光束混合。共振超表面增強(qiáng)了光子的能量，將它們吸引到可見(jiàn)光光譜中——無(wú)需進(jìn)行電子轉(zhuǎn)換。它還能在室溫下工作，無(wú)需笨重的冷卻系統(tǒng)。

此外，傳統(tǒng)的紅外和可見(jiàn)光成像系統(tǒng)無(wú)法生成完全相同的圖像，因?yàn)樗鼈冎荒芡瑫r(shí)捕捉兩種光譜的圖像。通過(guò)使用上轉(zhuǎn)換技術(shù)，成像系統(tǒng)可以在一張圖像中同時(shí)捕捉可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。

這項(xiàng)工作是對(duì)研究人員最初采用砷化鎵超表面技術(shù)的改進(jìn)。他們的新超表面由鈮酸鋰制成，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)完全透明，因此效率要高得多。此外，光子束在更寬的表面區(qū)域傳播，限制了數(shù)據(jù)的角度損失。

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主要作者Laura Valencia Molina說(shuō)：“人們?cè)�說(shuō)，紅外線到可見(jiàn)光的高效上轉(zhuǎn)換是不可能的，因?yàn)榉蔷植砍�表面固有的角度損失導(dǎo)致大量信息無(wú)法收集。我們克服了這些限制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了高效圖像上轉(zhuǎn)換技術(shù)�！�

作者Rocio Camacho Morales說(shuō)：“這是首次在非局部超表面中演示從 1550 nm 紅外光到可見(jiàn)光 550 nm 的高分辨率上轉(zhuǎn)換成像。我們選擇這些波長(zhǎng)是因?yàn)?1550 nm 紅外光通常用于電信，而 550 nm 是人眼高度敏感的可見(jiàn)光。未來(lái)的研究將包括擴(kuò)大該設(shè)備的敏感波長(zhǎng)范圍，旨在獲得寬帶紅外成像，以及探索圖像處理，包括邊緣檢測(cè)。”

首席研究員 Dragomir Neshev 說(shuō)：“這些成果為監(jiān)控、自主導(dǎo)航和生物成像等行業(yè)帶來(lái)了重大機(jī)遇。降低夜視技術(shù)的尺寸、重量和功耗要求是超光學(xué)以及 TMOS 正在開(kāi)展的工作對(duì)工業(yè) 4.0 和未來(lái)技術(shù)極度微型化至關(guān)重要的一個(gè)例子。”

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1002/adma.202402777